Interpretable Machine Learning for Preliminary Lung Cancer Risk Assessment Based on Clinical Indicators and Lifestyle Factors

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/computers15100695
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Background/Objective: Lung cancer remains a leading cause of cancer-related mortality, and access to low-dose CT screening is limited in resource-constrained settings. This study aimed to develop and evaluate an interpretable machine learning model for preliminary, symptom-based lung cancer risk discrimination using clinical indicators and lifestyle factors, without requiring imaging. Methods: A cross-sectional dataset of 561 participants (38 with a prior lung cancer diagnosis), following exclusion of a minors-eligible age bracket for which independent age verification was not possible, was analyzed. Five machine learning algorithms (Logistic Regression, Random Forest, XGBoost, LightGBM, CatBoost) were compared using a leakage-free pipeline, with ADASYN class balancing and hyperparameter tuning performed exclusively within cross-validation folds; feature selection was verified to be stable across folds (98% average overlap with the final feature set). The final model was selected solely on the basis of repeated cross-validated performance, without reference to the test set. Model interpretability was assessed using LIME, and a four-tier risk stratification system was developed and calibrated. Results: Random Forest achieved the best cross-validated F1-score (0.850 ± 0.092) among the five candidates and, given a clinically motivated preference for higher sensitivity at comparable F1, was selected as the final model. On the independent test set (n = 113), it achieved Accuracy = 0.956, Recall = 0.875, F1-score = 0.737, and AUC-ROC = 0.912. Sensitivity analysis indicated moderate reliance on a potential diagnostic proxy feature, and balancing-method comparisons (ADASYN, random oversampling, class weighting) confirmed that conclusions were not contingent on the specific resampling technique. Conclusions: The proposed model demonstrates solid discriminative performance and interpretability; however, given the cross-sectional design and limited number of positive cases, results should be interpreted as preliminary risk discrimination rather than validated early-detection prediction, warranting further prospective validation.